DE3318658C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur fernsehmäßigen Abtastung von Filmen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei der fernsehmäßigen Wiedergabe von Kinofilmen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Filmbilder nicht nur als volles Filmformat, sondern auch in sogenannter Zoom-Darstellung als Verkleinerung bzw. als Ausschnittvergrößerung des Filmbildes wiedergegeben werden, wobei außerdem auf dem Bildschirm eine Lageverschiebung dieses in der Größe veränderten Filmbildes möglich sein sollte. Derartige Zoom-Darstellungen von Kinofilmen können mit Hilfe von mechanisch-optischen oder elektronischen Verfahren durchgeführt werden. Bei einem Speicherröhren-Filmabtaster ist dies z. B. mit mechanisch-optischen Mitteln möglich, indem die Größe der Abbildung auf der Signalelektrode der Aufnahmeröhre durch Einstellung des Zoom-Objektivs verändert wird.

Bei einem Fernsehfilmabtaster mit Halbleiter-Zeilensensoren (wie z. B. in der DE-OS 29 21 934 beschrieben) oder Flächensensoren bieten sich auch mechanisch-optische Methoden wie bei Speicherröhren-Filmabtastern an. Diese Methoden sind jedoch mechanisch aufwendig, staubanfällig, verschlechtern die Qualität der optischen Abbildung und erlauben nicht die trägheitslose Einstellung bzw. Veränderung der Zoom- Darstellung.

Aus der DE 31 15 367 A1 ist ein Verfahren zur fernsehmäßigen Abtastung von Filmen vom sogenannten CinemaScope-Format bekannt, bei dem die Filmbilder in horizontaler Richtung um den Faktor 2 komprimiert aufgezeichnet sind. Hierbei wird die gesamte Breite des Filmbildes auf Zeilensensoren abgebildet und zur Vermeidung von störenden Rändern ohne Bildinhalt auf dem Bildschirm das Videosignal durch eine entsprechende Taktung von Speichermitteln in horizontaler Richtung expandiert sowie der Anfang des Auslesevorgangs wählbar verschoben. Ein sogenannter Zoom-Effekt mit Expansion in vertikaler Richtung bzw. Kompression von abgetasteten Filmbildern ist hierbei weder beabsichtigt noch möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur fernsehmäßigen Abtastung von Filmen mit der Möglichkeit von Zoom-Darstellungen anzugeben, welche rein elektronisch durchgeführt werden.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß die Zoom-Darstellung von Filmbildern trägheitslos erfolgt und keine mechanisch aufwendige, verschleißanfällige Konstruktion notwendig ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 Diagramme zur Darstellung der Veränderung der Horizontalfrequenz bezüglich des Expansionsfaktors (K_v).

In Fig. 1 ist ein Halbleiter-Sensor 1, z. B. Zeilen- bzw. Flächensensor, dargestellt, welcher einen in der Figur nicht eingezeichneten Film abtastet. Zur Erläuterung der Erfindung ist in diesem Blockschaltbild lediglich ein Sensor vorgesehen, die Anwendung der Erfindung ist jedoch unabhängig davon, ob es sich bei der Filmabtastung um Farb- oder Schwarz-Weiß-Fernsehen handelt. Im Falle des Farbfernsehens treten anstelle des einen Sensors vorzugsweise drei Sensoren, auf welche das Licht mit einer an sich bekannten Farbteilungseinrichtung projiziert wird.

Die Ausgangssignale des Sensors 1 werden verstärkt und ggf. verschiedenen in der Fernsehtechnik an sich bekannten Korrekturen in einem Videoprozessor 2 unterworfen. Anschließend werden die bisher analogen Signale in einem Analog-Digital- Wandler 3 in digitale umgewandelt. Bekanntlich lassen sich digitale Signale gut und ohne Qualitätsverlust speichern. Dazu ist der Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 3 mit einem Bildspeicher 4 verbunden. Dieser Bildspeicher 4 besteht hierbei aus einem Hauptspeicher 6 und je einem vor- und nachgeschalteten Pufferspeicher 7 bzw. 8. In dem Bildspeicher 4 kann mindestens der Inhalt eines Fernsehvollbildes einschließlich der Farbinformation gespeichert werden. Am Ausgang des Bildspeichers 4 ist eine Zeileninterpolatorschaltung 9 mit Tiefpaßfilter angeschlossen. Die digitalen Fernsehsignale werden aus dem Speicher 4 entsprechend der angelegten Taktfrequenzen ausgelesen und über die Schaltung 9 einem Digital/ Analog-Wandler 11 zugeführt, in welchem sie wieder in analoge Signale umgewandelt werden und am Ausgang 12 der Schaltung zur Verfügung stehen.

In einem Taktgenerator 13 werden Taktsignale (f₁, f₂ und f₃) für die Auslese der Halbleitersensoren 1 (f₁) sowie für die Auslese des A/D-Wandlers 3 und das Einschreiben des Pufferspeichers 7 (f₂) sowie für das Auslesen des Pufferspeichers 7 und das Einschreiben und Auslesen des Hauptspeichers 6 (f₃) erzeugt. Ein weiterer Taktgeber 14 gibt Taktsignale f₄, f₅ für das Auslesen des Pufferspeichers 8 und das Einschreiben der Interpolatorschaltung 9 (f₄) sowie für das Auslesen der Schaltung 9 und für das Einschreiben in den D/A-Wandler 11 (f₅) ab. Weitere Steuersignale für die Speichermittel 1, 4 und 9 werden von einer Steuerlogik 16, z. B. einem Mikroprozessor, erzeugt, welche von einer Steuereinheit 17 für die Größen- und Positionseinstellung des Bildausschnittes angesteuert wird. Außerdem gibt die Steuerlogik 16 die von den Expansionsfaktoren abhängigen Signale an die Taktgeneratoren 13 und 14 ab. Zur Synchronisation mit anderen, in einem Studio vorhandenen Fernsehgeräten, werden dem Bildspeicher 4, dem Taktgenerator 14 sowie der Steuerlogik 16 über die Klemme 18 bzw. 18′ Studiotakt-Synchronimpulse zugeführt.

Um eine gegenüber der normalen Filmbildwiedergabe veränderte Bildwiedergabe, wie z. B. eine Verkleinerung des gesamten Filmbildes oder eine Ausschnittvergrößerung (sogenannter Zoom- Effekt), zu erreichen, sind verschiedene Verfahrensweisen möglich.

Soll beispielsweise lediglich eine Größenveränderung des wiedergegebenen Filmbildes um etwa ±5% durchgeführt werden, was einer Bildformateinstellung entsprechen würde, so genügt es, für die vertikale Richtung die Zeilen- oder H-Frequenz H₁, welche von der Steuerlogik 16 erzeugt wird, bei der Sensoren-Auslese sowie beim Einschreiben in den Bildspeicher 4 bzw. Pufferspeicher 7 um den vertikalen Expansionsfaktor K_V (ca. ±5%) gegenüber der Zeilenfrequenz H₁, die das Filmbild vollständig im Format 1 : 1,33 wiedergibt, zu ändern. Dabei würde ein Faktor K_V (=H₁ : H′₁)<1 eine vertikale Dehnung (Expansion) und K_V<1 eine vertikale Stauchung (Kompression) des Filmbildes verursachen.

Hierbei verringert sich nun aber die Breite der H-Austastlücke mit steigender Zeilenfrequenz H₁, weil die aktive Zeilendauer (z. B. 52 µs bei der 625-Zeilen/50-Hz-Norm) konstant bleibt. Bei manchen Filmformaten (z. B. 35-mm- Film) ist es wegen der bereits bei Normalabtastung knappen H-Austastlücke daher erforderlich, die Taktfrequenz f₁ bei der Auslese der Sensoren 1 um einen festen Faktor zu erhöhen, um eine ausreichend breite H-Austastlücke auch bei diesen Formaten zu erhalten. Hierdurch verkürzt sich allerdings die aktive Zeilendauer, welche dann mit Hilfe unterschiedlicher Einschreib- und Auslesetaktfrequenzen f₂ bzw. f₃ des Bildspeichers 4 wieder der Norm angepaßt werden müssen.

Eine andere Möglichkeit, eine Größenänderung in vertikaler Richtung des wiedergegebenen Filmbildes zu erreichen, besteht darin, zusammen mit der Zeilenfrequenz H₁ die Sensor- Taktfrequenz f₁ zu variieren, um eine ausreichend breite H-Austastlücke zu erhalten. Bei diesem Verfahren muß für alle Filmformate die aktive Zeilendauer ebenfalls über die Taktfrequenzen f₂ und f₃ des Bildspeichers 4 wieder der Norm angepaßt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß Änderungen der Zeilenfrequenz H₁ nur geringere Änderungen der H-Austastlücke zur Folge haben.

Zur Veränderung des Bildformats in horizontaler Richtung wird bei voller Abbildung des Filmbildes auf den Sensoren 1 der Pufferspeicher 7 durch unterschiedliche Taktfrequenzen beim Einschreiben (f₂) und Auslesen (f₃) betrieben, wobei f₂=K_H×f₃ mit K_H = horizontaler Expansionsfaktor ist, so daß auch hierdurch eine Dehnung (bzw. Stauchung) in horizontaler Richtung erfolgt.

Bei der Nachbildung des optischen Zoom-Effektes mit elektronischen Mitteln kann die Bilddehnung entweder beim Einschreiben in den Hauptspeicher 6 oder beim Auslesen aus diesen durchgeführt werden.

Eine Bilddehnung bereits beim Einschreiben in den Hauptspeicher 6 wird durch Erhöhung der H-Frequenz erreicht, wobei es zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden H- Austastlücke notwendig ist, daß die Taktfrequenz f₁ der Sensoren 1 ebenfalls erhöht wird. Falls der Hauptspeicher keine unterschiedlich hohen Taktfrequenzen beim Einschreiben und Auslesen verarbeiten kann, ist ein Pufferspeicher 7 zur Anpassung der aktiven Zeilendauer an die Norm (z. B. 52 µs) vorgesehen. Der Pufferspeicher 7 wird dabei beim Einschreiben mit f₂=K_V×f₃ und beim Auslesen mit f₃ getaktet (für K_H=1).

Die horizontale Bilddehnung erfolgt dabei beim Einschreiben in den Pufferspeicher 7 mit f₂=K_H×f₃ und beim Auslesen der Bildpunkte aus dem Pufferspeicher 7 mit f₃ (für K_V=1). Bei diesem Verfahren ist immer vorausgesetzt, daß f₁f₂ ist. Da hierbei der Zoom-Faktor Z = K_H = K_V für die Taktfrequenz f₂=Z²f₃ am Pufferspeicher 7 quadratisch eingeht, sind diesem Verfahren durch die derzeit möglichen Sensoren- und A/D-Wandlerbandbreite Grenzen gesetzt.

Eine Verschiebung des Bildausschnittes auf dem Bildschirm kann in vertikaler Richtung über eine entsprechende Verzögerung des dem Hauptspeicher 6 zugeführten vertikalen Startimpulses V₁, welcher von der Steuerlogik 16 abgegeben wird, erfolgen. Die horizontale Verschiebung des Bildausschnittes kann über die entsprechende Auswahl der dem Bildspeicher 4 zugeführten Zeilenstart-Information P_H1, welche ebenfalls von der Steuerlogik 16 abgegeben wird, erfolgen.

Eine Bilddehnung bei der Auslese aus dem Hauptspeicher 6 wird in vertikaler Richtung im wesentlichen durch Einfügung interpolierter Zeilensignale erreicht. Die sich dadurch ergebenen Expansionsfaktoren sind immer ganzzahlig, z. B. bei K_V=2 wird jede zweite Zeile interpoliert, bei K_V=3 werden je zwei interpolierte Zeilen zwischen zwei vorhandene Zeilen eingesetzt. Dazwischenliegende Expansionsfaktoren werden durch eine Änderung der Zeilenfrequenz H₁ und eine entsprechende Änderung der Taktfrequenzen f₁ und f₂ realisiert.

Im Diagramm gemäß Fig. 2a ist dazu die Abhängigkeit der Sensortaktfrequenz f₁ vom vertikalen Expansionsfaktor K_V dargestellt. Hierbei sinkt der Maximalwert der Sensortaktfrequenz f₁ mit steigendem Expansionsfaktor entsprechend dem Verhältnis zweier benachbarter ganzzahliger Expansionsfaktoren. Eine weitere Einengung des Variationsbereiches der Sensortaktfrequenz f₁ kann durch Kombination benachbarter Interpolationsschemata erreicht werden (siehe z. B. K_V=1,5; d. h., auf zwei Originalzeilen folgt eine interpolierte Zeile).

Bei der Bildung der interpolierten Zeilensignale in der Schaltung 9 wird die Auslese aus dem Hauptspeicher 6 in den Pufferspeicher 8 mit Hilfe des V-Startimpulses P_V2 zeilenweise unterbrochen. Die horizontale Expansion erfolgt im Pufferspeicher 8 durch die zugeführten Zeilenstartimpulse H₃ bzw. P_H₂ beim Einschreiben bzw. Auslesen.

Das expandierte Signal wird anschließend mit Hilfe des Tiefpaßfilters in der Schaltung 9 digital tiefpaßgefiltert.

Bei einer vertikalen Expansion beim Auslesen aus dem Hauptspeicher 6 mit fester Sensortaktfrequenz f₁ und fester A/D-Wandler-Taktfrequenz f ¥ ändert sich die Breite der horizontalen Austastlücke in Abhängigkeit der Zeilenfrequenz H₁ bereits vor dem Hauptspeicher 6. Wenn eine Erhöhung der Zeilenfrequenz H₁ nicht möglich ist, so wird bei einem vertikalen Expansionsfaktor K_V<1 bereits jede zweite Zeile interpoliert, so daß die Zeilenfrequenz H₁ für das Einschreiben in den Bildspeicher 4 halbiert werden kann (H₁′H₁<0,5 H₁′). Somit ist immer eine ausreichend breite H-Austastlücke gewährleistet.

Im Diagramm gemäß Fig. 2b ist die Zeilenfrequenz H₁ in Abhängigkeit des vertikalen Expansionsfaktors K_V dargestellt. Wie man daraus sieht, springt der Wert der Zeilenfrequenz jeweils beim Erhöhen der zwischen zwei Originalzeilen einzufügender interpolierter Zeilen von H₁′ auf 0,5 H₁′ und steigt mit wachsendem vertikalen Expansionsfaktor K_V langsam wieder auf den Wert H₁′ an.

Die Lageverschiebung in horizontaler Richtung wird hierbei durch Auswahl des Zeilenstartbildpunktes mittels der Information P_H2 aus dem Pufferspeicher 8 festgelegt. Die Lageverschiebung in vertikaler Richtung erfolgt durch entsprechende Festlegung des Auslesestartpunktes mittels der Information P_V2 aus dem Hauptspeicher 6.

Claims (11)

1. Verfahren zur fernsehmäßigen Abtastung von Filmen mit Hilfe von Zeilen- bzw. Flächensensoren, auf welche die Bilder des kontinuierlich bewegten Films abgebildet werden, wobei der Film zeilenweise ohne Zeilensprung abgetastet und mittels eines Bildspeichers in ein normgerechtes Fernsehsignal mit Zeilensprung umgewandelt wird, und wobei zur Expansion bzw. Kompression sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung der abgetasteten Filmbilder (sogenannter Zoom-Effekt) und gegebenenfalls der Bildmitten-Verschiebung bei der fernsehmäßigen Wiedergabe des Films auf dem Bildschirm die Takt- und H-Frequenzen für die Ansteuerung von Speichermitteln beim Einschreiben sowie beim Auslesen wählbar verändert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansion des von den Zeilen- bzw. Flächensensoren (1) erzeugten Videosignals in vertikaler Richtung durch Erhöhung der H-Frequenz bei der Auslese aus den Sensoren (1) sowie beim Einschreiben in den Bildspeicher (4) und die Expansion des Videosignals in horizontaler Richtung durch unterschiedliche Taktfrequenzen des Bildspeichers (4) beim Einschreiben und Auslesen erfolgt, wobei die Auslesetaktfrequenz um einen H-Expansionsfaktor (K_H) gegenüber der Einschreibtaktfrequenz verringert ist, und daß die Kompression des von den Zeilen- bzw. Flächen-Sensoren (1) erzeugten Videosignals in vertikaler Richtung durch Verringerung der H-Frequenz bei der Auslese aus den Sensoren (1) sowie beim Einschreiben in den Bildspeicher (4) und die Kompression des Videosignals in horizontaler Richtung durch unterschiedliche Taktfrequenzen des Bildspeichers (4) beim Einschreiben und Auslesen erfolgt, wobei die Auslesetaktfrequenz um einen H-Expansionsfaktor (K_H) gegenüber der Einschreibtaktfrequenz erhöht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feineinstellung der vertikalen Expansion des von den Zeilen- bzw. Flächen-Sensoren (1) erzeugten Videosignals die H-Frequenz beim Auslesen aus den Sensoren (1) und beim Einschreiben in den Bildspeicher (4) erhöht wird und zur Grobeinstellung der Expansion interpolierte Zeilensignale bei der Auslese aus dem Bildspeicher (4) eingefügt werden und die Einstellung der horizontalen Expansion durch unterschiedliche Taktfrequenzen des Bildspeichers (4) beim Einschreiben und Auslesen erfolgt, wobei die Auslesetaktfrequenz um einen H- Expansionsfaktor (K_H) gegenüber der Einschreibtaktfrequenz verringert ist, und daß das so gewonnene Videosignal tiefpaßgefiltert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt einer ausreichenden H-Austastlücke zusätzlich die Taktfrequenz beim Auslesen der Sensoren (1) und beim Einschreiben in den Bildspeicher (4) erhöht wird, wobei die Auslesetaktfrequenz des Bildspeichers (4) jeweils um einen festen bzw. um den V-Expansionsfaktor (K_V) gegenüber der Einschreibtaktfrequenz verringert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt einer ausreichenden H-Austastlücke bei Expansion mindestens eine interpolierte Zeile bei der Auslese aus dem Bildspeicher (4) hinzugefügt wird und daß die H-Frequenz entsprechend der Anzahl hinzugefügter Zeilen zunächst sprungartig verringert wird und bei steigendem Expansionsfaktor bis zum ursprünglichen Wert wieder ansteigt und danach bei weiter steigendem Expansionsfaktor durch Hinzufügen weiterer interpolierter Zeilen wieder sprungartig verringert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der interpolierten Zeilensignale die Auslese aus dem Bildspeicher (4) zeilenweise unterbrochen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Verschiebung des veränderten Bildformats durch entsprechende Verzögerung des V-Startimpulses beim Einschreiben oder Auslesen des Bildspeichers (4) und die horizontale Verschiebung des veränderten Bildformats durch entsprechende Auswahl des Zeilenstartbildpunktes bei der Auslese aus dem Bildspeicher (4) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Veränderungen der Bildgröße bzw. des Bildausschnittes in H- und V-Richtung als auch dessen eventuelle Verschiebung mit Hilfe einer manuell einstellbaren Steuer- Logik (16) durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die manuelle Einstellung der Steuerlogik (16) vorprogrammierbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Steuerlogik (16) sowohl die unterschiedlichen H-Frequenzen und Startimpulse für die Speichermittel (1, 4, 9) als auch die Signale der Expansionsfaktoren für die Taktsignale erzeugenden Taktgeneratoren (13, 14) abgibt.

10. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 4, 7 und 9, wobei die Sensoren (1) an einen A/D-Wandler (3) angeschlossen sind, und der A/D-Wandler (3) mit dem Bildspeicher (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildspeicher (4) über eine Zeilen-Interpolatorschaltung (9) mit Tiefpaßfilter an einen D/A-Wandler (11) angeschlossen ist, an dessen Ausgang (12) das im Bildformat veränderte Videosignal abnehmbar ist, und daß die Taktgeneratoren (13, 14) und die Steuerlogik (16) vorgesehen sind zur Steuerung sämtlicher, im Videosignalweg angeordneter Schaltungen.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildspeicher (4) aus einem Hauptspeicher (6) und einem vor- und/oder nachgeschalteten Pufferspeicher (7, 8) besteht, welche ebenfalls von den Taktgeneratoren (13, 14) und der einstellbaren Steuerlogik (16) angesteuert werden.